В настоящее время поливная пашня в бассейне Аральского моря подвержена довольно активному процессу вторичному засолению. Этому обстоятельству способствует ряд причин. Во-первых, деградация ирригационно-дренажной системы, произошедшая после распада бывшего СССР. Во-вторых, экономические трудности стран региона (Казахстан, Узбекистан, Туркмения), которые не имеют достаточного количества ресурсов для масштабного распространения влагосберегающих сельскохозяйственных агротехнологий. В-третьих, существует большая естественная климатическая вариативность объемов речного стока, что приводит в отдельные годы, либо к значительному дефициту поливной воды, либо к ее избытку. В многоводные годы избыток воды делает неконкурентоспособным продукты питания, полученные с помощью более дорогих, влагосберегающих технологий, что препятствует их широкому распространению.
Мониторинг вторичного засоления поливной пашни, под которым понимается негативное влияние соли, находящейся в корнеобитаемом почвенном слое на с\х растительность, очень востребован в регионе бассейна Аральского моря. Спутниковые технологии дают одни из наиболее эффективных путей для решения этой задачи. Вторичное засоление пашни, как процесс отличается высокой динамичностью в течение сезона и вариативностью в межгодовом аспекте. Как правило, в весенний период засоленность почв минимальна, а в осенний максимальна. Засоление почв вызывает депрессии в состоянии растительности. Иногда даже наблюдаются выходы соли на поверхность пашни (соляные корки), как следствие поднятия уровня засоленных грунтовых вод из-за ирригации и интенсивного испарения воды. Все это формирует изменения спектральных характеристик подстилающей поверхности в течение сезона, причем с различной интенсивностью в разные по водности годы.
Многообразие возможных вариаций в состоянии пашни (различные: с\х культуры, агротехнологии, севообороты, даты проведения основных с\х операций, водообеспеченность культуры, обеспеченность удобрениями, фитосанитарное состояние и пр.) отображаются в параметрах, характеризующих спектральные характеристики подстилающей поверхности. Всё это затрудняет получение адекватных данных, описывающих вторичное засоление в рамках простых эмпирических зависимостей между состоянием почв и мгновенными спектральными характеристиками регистрируемыми спутниками. Преодоление эти сложностей требует специальных стратегий при проведении спутникового мониторинга, особенно на масштабе региона, когда вариативность условий на отдельных полях особенно велики. На масштабе региона становится малоэффективным классическое использование отдельных спутниковых сцен. В этом случае, даже поля одной культуры при использовании сходной агротехнологии могут существенно различаться по спектральным подчеркам, регистрируемым на спутниковых платформах. Различные календарные графики проведения основных агропроцедур, таких как: сев, поливы, уборка, вспашка зяби, зимняя промывка и пр.; уже десинхронизируют состояние полей, идентичных с точки зрения основных с\х параметров. Зависимость состояния полей от водности года делает спутниковые технологии, основанные на одиночных сценах отдельных лет еще более неустойчивыми. Например, спутниковые методики оценки состояния пашни, отработанные на маловодных условиях малопригодны для многоводных лет.
Одним из путей преодоления части трудностей может быть, переход к анализу многолетних спутниковых данных. Средние многолетние оценки снижают влияние различной водности отдельных лет. Также нивелируется влияние севооборотов, которые на юге Казахстана часто включают по 3-5 культур. Учет особенностей спектрального подчерка, вызванных возделыванием той или иной культуры севооборота, требует детальной пространственной информации о видах возделываемых культур для каждого анализируемого сезона. Задача восстановления типов культур с детальностью отдельных полей на масштабе региона сама по себе чрезвычайно сложна и едва ли может иметь удовлетворительное решение для региона Аральского моря. В многолетнем аспекте поля ранжируются по типам севооборотов, число которых существенно ниже числа возделываемых в регионе культур.
Другим важным аспектом при обработке многолетних спутниковых данных может быть переход к характеристическим параметрам, типа многолетних максимальных (средних) значений различных спектральных индексов. Таким образом, одна из возможных стратегий может базироваться на формировании псевдоцветных изображений, в каналах которого отображаются средние (максимумы, минимумы) многолетние значения различных стандартных спектральных индексов, типа NDVI (Normalized difference vegetation index) или NDSI (Normalized difference salinity index) и пр. Такие изображения могут служить основой для целей последующей классификации и ранжирования территорий по различным параметрам, которые могут быть тесно связаны с различными агрономическими параметрами, включая вторичную засоленность.
Вопрос валидации спутниковых оценок на наземные данные в таком подходе приобретает особый смысл. Наземные данные по засоленности почвы, приуроченные к определенным координатам и времени, представляющие собой классический вариант наземных обследований, становятся неприменимыми. Аппроксимация их к средним многолетним спутниковым оценкам требует сопоставимый по глубине архив однородных наземных оценок, что невозможно по техническим причинам. Временная ось в архивах спутниковых данных обратима. Мы можем легко обратиться к исторической съемке. В случае наземных обследований это невозможно. Можно обеспечивать поток информации с требуемой структурой только для будущего времени.
Ряд различных государственных структур, обычно с принадлежностью министерству сельского хозяйства, проводят свои обследования сельскохозяйственных угодий для оценки различных параметров, в том числе и степени вторичного засоления. В Казахстане такими обследованиями занимаются геолого-мелиоративные экспедиции. Ежегодно формируются обобщенные данные по засолению сельских округов (с\х образования с площадью пашни 5-10 тысяч га) областей юга Казахстана. Методика и фактическая практика проведения наземных обследований может иметь ряд недостатков. Но средние характеристики, которые формируются на масштабах групп полей или сельских округов, имеют более «взвешенный» характер. Оценки имеют размерность не концентрации соли (или величины электропроводности) в различных слоях почвы, а суммирующие классы засоления, согласно критериям ФАО (5 классов): «очень сильное» – «сильное» – «среднее» – «слабое» – «незасоленные территории». При таком подходе местные эксперты, составляющие подобные материалы и имеющие большой практический опыт, могут вкладывать (и фактически вкладывают) обобщенное представление, основанное, в том числе и на мнениях местных агрономов о негативном влиянии засоления на сельскохозяйственную практику их угодий. Таким образом, многолетняя статистическая информация о засоленности поливной пашни сельских округов может выступать в качестве отдельного типа наземной информации, пригодной для калибровки и валидации многолетних спутниковых оценок. В результате появляются возможности определять эмпирические зависимости между спутниковыми продуктами и наземными оценками засоленности пашни юга Казахстана. При этом, спутниковые продукты, определенные на регулярной сетке, способны существенным образом уточнять пространственные характеристики в многолетней засоленности поливной пашни. Таким образом, открываются новые возможности в получении практически важной, объективной информации о состоянии пахотных угодий (используемых\брошенных) и направлениях трендов их изменений и прочих аспектов.
Описанные выше принципы обработки спутниковых данных были опробованы для территории Туркестанской области Казахстана. Работа выполнена при поддержке программно-целевого финансирования Министерства образования и науки Республики Казахстан, проект № BR10965172.